JP2020066759A - 高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高炉内におけるガス流の強度低下を判別する。【解決手段】 高炉（１）の操業中に炉頂の所定位置を通過するガスのガス温度をゾンデにより所定周期で繰り返して測定し、所定期間（Δｔ１）内におけるガス温度の標準偏差（σ１）が閾値（σ＿ｔｈ２）未満であるとき、所定位置におけるガス流の強度が低下していることを判別する。ここで、標準偏差（σ１）が閾値（σ＿ｔｈ２）未満であり、かつ所定期間（Δｔ１）内におけるガス温度の平均値（Ｔａｖｅ１）が所定値（Ｔ＿ｔｈ２）未満であるとき、所定位置におけるガス流の強度が低下していることを判別することができる。【選択図】 図２

Description

本発明は、高炉の操業方法に関する。

特許文献１，２では、水平ガスサンプラーを用いて高炉の炉口部分のガス温度を検出することにより、高炉内のガス流れを判断している。具体的には、所定の指標に基づいて、炉壁におけるガス流れの過多を判断している。

特開昭６３−２４３２１５号公報 特開平０１−２４７５１１号公報

本発明は、特許文献１，２とは異なる手段によって、高炉内におけるガス流の強度が低下しているか否かを判別するものである。具体的には、高炉の径方向における所定位置において、ガスの流量が少なく温度が低いためにガス流の強度が低下していることを判別するものである。

本願第１の発明である高炉操業方法では、高炉の操業中に炉頂の所定位置を通過するガスのガス温度をゾンデにより所定周期で繰り返して測定し、所定期間内におけるガス温度の標準偏差が閾値未満であるとき、所定位置におけるガス流の強度が低下していることを判別する。ここで、標準偏差が閾値未満であり、かつ所定期間内におけるガス温度の平均値が所定値未満であるとき、所定位置におけるガス流の強度が低下していることを判別することもできる。

標準偏差が第１閾値未満であるときには、所定の通知手段を用いて、所定位置におけるガス流の強度を向上させるための操業アクションを行うことを作業者に推奨することができる。一方、標準偏差が第１閾値以上であって、第２閾値未満であるときには、通知手段を用いて、作業者に警告することができる。ここで、第２閾値は、第１閾値よりも高く、上述したガス流の強度低下を判別するための閾値である。

本願第２の発明である高炉操業方法では、高炉の操業中に炉頂の所定位置を通過するガスのガス温度をゾンデにより所定周期で繰り返して測定し、第１所定期間内におけるガス温度の標準偏差を算出する。また、第１所定期間よりも長い第２所定期間内において算出された複数の標準偏差の平均値を算出し、平均値が閾値未満であるとき、所定位置におけるガス流の強度が低下していることを判別する。ここで、平均値が閾値未満であり、かつ第２所定期間内におけるガス温度の平均値が所定値未満であるとき、所定位置におけるガス流の強度が低下していることを判別することができる。

標準偏差の平均値が第１閾値未満であるときには、所定の通知手段を用いて、所定位置におけるガス流の強度を向上させるための操業アクションを行うことを作業者に推奨することができる。一方、標準偏差の平均値が第１閾値以上であって、第２閾値未満であるときには、通知手段を用いて、作業者に警告することができる。

上述した操業アクションでは、高炉に装入される装入物の水分量を低減させること、高炉に装入する前に行われる装入物のふるい分けを強化し粉量を低減すること、及び装入物であるコークス及び鉱石の質量比率の、高炉の径方向における分布を調整することのうちの少なくとも１つを実施することができる。高炉の径方向において、炉壁を０．０とし、炉中心を１．０とする無次元半径を規定したとき、所定位置は、無次元半径が０．０〜０．５となる範囲内とすることができる。また、上述した閾値としては、１０℃とすることができる。さらにまた、第１閾値を５℃とし、第２閾値を１０℃とすることができる。

本発明によれば、炉頂のガス温度の標準偏差又は、この標準偏差の平均値に着目することにより、炉頂のガス温度の変動幅を把握することができ、この変動幅に依存したガス流の強度低下を把握することができる。

高炉内の一部の構成を示す概略図である。 第１実施形態において、第１標準偏差に基づいてガス流の強度低下を判別する処理を説明するフローチャートである。 第２実施形態において、第２標準偏差に基づいてガス流の強度低下を判別する処理を説明するフローチャートである。 第３実施形態において、第１標準偏差及び第１平均温度に基づいてガス流の強度低下を判別する処理を説明するフローチャートである。 第４実施形態において、第２標準偏差及び第２平均温度に基づいてガス流の強度低下を判別する処理を説明するフローチャートである。 第４実施形態において、第２標準偏差及び第２平均温度に基づいてガス流の強度低下を判別する処理を説明するフローチャートである。 １つの高炉において、各測定点（３つ）における第１標準偏差及び第１平均温度の関係を示す図である。 他の高炉において、各測定点（３つ）における第１標準偏差及び第１平均温度の関係を示す図である。 測定点１Ｐにおいて、第２標準偏差及び第２平均温度の関係を示す図である。 測定点２Ｐにおいて、第２標準偏差及び第２平均温度の関係を示す図である。 測定点３Ｐにおいて、第２標準偏差及び第２平均温度の関係を示す図である。 出銑比に関する平均偏差及び中央値の比率と、第２標準偏差との関係を示す図である。 コークス比に関する平均偏差及び中央値の比率と、第２標準偏差との関係を示す図である。 １つの高炉における熱負荷及び第１標準偏差の推移を示す図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。まず、高炉の充填層を通過して上昇するガス（還元ガス）の、装入物表面近傍の温度（以下、ガス温度という）を測定する構成について、図１を用いて説明する。図１は、高炉１内の一部の構成を示す。

高炉１の炉頂には、高炉１の径方向に沿ってゾンデ２が配置されている。ゾンデ２は、片持ちゾンデ、差渡しゾンデ、炉頂ゾンデ等と称されるものであり、高炉１の装入物（鉱石やコークス）３のストックラインよりも上方に配置されており、炉頂のガス温度を所定のサンプリング周期（例えば、１秒又は１分）で測定する。具体的には、ゾンデ２は、ゾンデ２の長手方向に沿って配置された複数の温度センサを有しており、これらの温度センサによって、高炉１の径方向における位置に応じたガス温度を測定する。複数の温度センサは、ゾンデ２の長手方向において等間隔に配置することができる。

図１に示す例では、炉壁１ａから炉中心Ｃまでの領域内に５つの測定点１Ｐ〜５Ｐが設けられており、測定点１Ｐ〜５Ｐのそれぞれに対応して配置された５つの温度センサによって、各測定点１Ｐ〜５Ｐのガス温度を測定する。ここで、測定点１Ｐは炉壁１ａ近傍に位置し、測定点５Ｐは炉中心Ｃ近傍に位置している。測定点１Ｐから測定点５Ｐに向かって、測定点２Ｐ、測定点３Ｐ及び測定点４Ｐの順に並んでいる。

なお、図１に示す例では、炉壁１ａから炉中心Ｃまでの領域内に５つの測定点１Ｐ〜５Ｐを設けているが、測定点の数は任意に設定することができる。設定された測定点の数だけ、温度センサを配置すればよい。また、図１に示す例では、ゾンデ２の先端（炉中心Ｃ側の端部）が最も下方に位置するようにゾンデ２が傾斜しているが、ゾンデ２の姿勢はこれに限るものではない。例えば、水平方向に沿ってゾンデ２を配置することもできる。

ゾンデ２（すなわち、複数の温度センサ）によって測定されたガス温度の情報は、制御装置４に出力される。これにより、制御装置４は、時刻毎のガス温度（言い換えれば、ガス温度の経時変化）を把握することができる。制御装置４は、測定点１Ｐ〜５Ｐのうちの任意の１つの測定点におけるガス温度の経時変化に基づいて、第１所定期間Δｔ１内におけるガス温度の標準偏差（以下、第１標準偏差という）σ１を算出する。第１標準偏差σ１は、下記式（１）に基づいて算出される。

上記式（１）において、ｎは第１所定期間Δｔ１内におけるガス温度のサンプリング回数であり、Ｔｉはサンプリング回数ｉ（ｉ＝１〜ｎ）のガス温度であり、Ｔａｖｅは第１所定期間Δｔ１内で測定されたｎ回のガス温度の平均値である。第１所定期間Δｔ１は、適宜決めることができ、例えば、８時間とすることができる。ガス温度を測定するたびに、測定したガス温度の情報をメモリに記憶しておけば、上記式（１）に基づいて、第１標準偏差σ１を算出することができる。メモリは、制御装置４の内部又は外部に設けることができる。

第１標準偏差σ１を算出するためのガス温度としては、測定点１Ｐ〜３Ｐのいずれか１つで測定されたガス温度を用いることが好ましい。本実施形態では、後述するように、第１標準偏差σ１に基づいて高炉１内におけるガス流の強度低下を判別するが、このガス流の強度低下を判別する上では、測定点１Ｐ〜３Ｐのガス温度に着目することが好ましい。この理由について、以下に説明する。

高炉１に装入物が装入された直後では、この装入物に対して高炉１の下部から上昇するガスの熱が伝達されることにより、ガス温度が低下する。また、装入物への熱伝達が進行して装入物の温度が上昇すると、ガス温度が回復する。このため、装入物を高炉１に装入する周期に応じて、ガス温度が変動する。一般的に、測定点４Ｐ，５Ｐでは、測定点１Ｐ〜３Ｐと比べて、ガス温度が高いとともに、ガス温度の変動幅も大きい。言い換えれば、測定点１Ｐ〜３Ｐでは、測定点４Ｐ，５Ｐと比べて、ガス温度が低いとともに、ガス温度の変動幅も小さい。この点を考慮すると、高炉１内におけるガス流の強度低下を判別するためには、測定点１Ｐ〜３Ｐのガス温度に着目することが好ましい。さらに、測定点１Ｐのような炉壁際の位置におけるガス温度は、炉壁１ａへの付着物生成との関連性が高いことから、特に着目する必要がある。

高炉１の径方向における位置を、炉壁１ａ（炉内側の壁面）を０．０［−］とし、炉中心Ｃを１．０［−］とする無次元半径で規定するとき、測定点１Ｐ〜３Ｐは、無次元半径が０．０〜０．５の範囲内にある。測定点１Ｐ〜３Ｐのガス温度を測定するためには、ゾンデ２に設けられる温度センサが、０．０〜０．５の無次元半径の範囲内に位置していればよい。

なお、本実施形態では、５つの測定点１Ｐ〜５Ｐを設定しているため、測定点１Ｐ〜３Ｐのガス温度に着目しているが、測定点の数や、ゾンデ２の長手方向で隣り合う２つ測定点の間隔によっては、ガス温度に着目する測定点の位置が異なることもある。この場合には、上述したように、無次元半径が０．０〜０．５の範囲内に位置する測定点のガス温度に着目すればよい。

制御装置４は、第１標準偏差σ１に基づいて、高炉１内におけるガス流の強度が低下しているか否かを判別する。第１標準偏差σ１は、上述したガス温度の変動幅に依存しており、ガス温度の変動幅が小さくなると、ガス流の強度が低下していることを把握できる。したがって、第１標準偏差σ１を監視することにより、ガス流の強度が低下しているか否かを判別することができる。

上述した通り、ガス温度は、装入物を高炉１に装入する周期に応じて変動する。ガス流の強度が低下している状態とは、ガス流の流量及び温度が低下し、ガス及び装入物の間の熱伝達に起因するガス温度の変動幅が適正範囲よりも狭くなることである。なお、ガス温度の適正範囲とは高炉１の安定操業を確保できる範囲であり、高炉１の炉容積や操業条件、ゾンデ２上の測定点の位置等に応じて異なる。

具体的には、制御装置４は、第１標準偏差σ１が閾値（後述する第２偏差閾値σ＿ｔｈ２）未満であるとき、高炉１内におけるガス流の強度が低下していることを判別する。また、制御装置４は、ガス流の強度が低下していることを判別したとき、ガス流の強度低下に関する情報を作業者に通知する。本実施形態では、ガス流の強度低下の状態に応じて、作業者に通知する情報を異ならせている。以下、具体的に説明する。

制御装置４は、第１標準偏差σ１が第１偏差閾値σ＿ｔｈ１未満であるとき、作業者への通知情報として、操業アクション推奨情報を出力する。操業アクション推奨情報は、高炉１内におけるガス流の強度を向上させるための操業アクションを行うことを作業者に推奨する情報である。第１偏差閾値σ＿ｔｈ１は、ガス流の強度の向上の必要性を考慮して予め決めておくことができ、例えば、５℃とすることができる。

操業アクション推奨情報を作業者に通知するための手段としては、例えば、制御装置４からディスプレイ（不図示）に操業アクション推奨情報を出力し、操業アクション推奨情報をディスプレイに表示させることができる。また、制御装置４から音声出力装置（不図示）に操業アクション推奨情報を出力し、音声出力装置から操業アクション推奨情報を音で発することができる。ディスプレイの表示内容や音の内容は、作業者が操業アクション推奨情報を把握できる内容であればよい。

制御装置４は、第１標準偏差σ１が、第１偏差閾値σ＿ｔｈ１以上であり、かつ第２偏差閾値σ＿ｔｈ２未満であるとき、作業者への通知情報として、警告情報を出力する。警告情報は、高炉１内におけるガス流の強度低下が進行していることを作業者に警告するための情報である。第２偏差閾値σ＿ｔｈ２は、第１偏差閾値σ＿ｔｈ１よりも高い値であり、ガス流の強度低下の警告の必要性を考慮して予め決めておくことができる。例えば、第２偏差閾値σ＿ｔｈ２を１０℃とすることができる。

警告情報を作業者に通知するための手段としては、例えば、上述した操業アクション推奨情報の通知手段と同様に、警告情報をディスプレイに表示させたり、音声出力装置から警告情報を音で発したりすることができる。ディスプレイの表示内容や音の内容は、作業者が警告情報を把握できる内容であればよい。

上述した操業アクションとしては、公知の操業アクションを適宜採用することができる。この操業アクションとしては、例えば、高炉１に装入される装入物の水分量を低減させることであり、具体的には、装入物の水分量を低減させる予備処理をした後にこの装入物を高炉１に装入したり、水分量が少ない装入物を選択してこの装入物を高炉１に装入したりすることができる。装入物の水分量を低減させておけば、高炉１の下部から上昇するガスの熱が装入物の水分を蒸発させるために用いられることを抑制できるため、上述したガス温度の変動幅が小さくなることを抑制してガス流の強度低下を改善することができる。

また、他の操業アクションとしては、高炉１に装入される装入物に、できるだけ粉（例えば、粒径が５ｍｍ以下の焼結鉱及びコークス）が混入しないようにすることができる。高炉１には、ふるい後の装入物（すなわち、ふるい上の装入物）が装入されるが、ふるい目を大きくしたりふるいの回数を増やしたりすること（すなわち、ふるい分けの強化）により、ふるい上の装入物に粉が混入することを抑制することができる。粉が高炉１に装入されると、高炉１内のガスの流量が低下したり、さらには、炉壁１ａに付着物を形成したりしてしまうおそれがある。このため、装入物に粉が混入することを抑制することにより、高炉１内のガスの流量が低下したり、さらには、炉壁１ａに付着物が形成したりすることを抑制することができる。

さらに、他の操業アクションとしては、高炉１の径方向における装入物の装入物分布を適宜調整することができる。装入物とは、主に鉱石及びコークスであり、装入物分布とは具体的には、鉱石及びコークスの質量比率（Ｏ／Ｃ）の、高炉１の炉径方向における分布である。制御装置４によって、高炉１の径方向のある位置においてガス流の強度が弱まっていることが判別された場合には、当該位置におけるガス流の強度が強まるような装入物分布に変更する装入物分布アクションを実施すればよい。具体的には、当該位置におけるＯ／Ｃを低下させることにより、当該位置におけるガス流の強度が低下することを抑制できる。

次に、第１標準偏差σ１に基づいて、高炉１内におけるガス流の強度低下を判別する処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１０１において、ゾンデ２は、各測定点１Ｐ〜５Ｐのガス温度を測定し、測定結果を制御装置４に出力する。ステップＳ１０２において、制御装置４は、ガス温度の測定を開始してからの経過時間Δｔｍが第１所定期間Δｔ１を超えたか否かを判別する。制御装置４は、タイマを用いて経過時間Δｔｍを測定することができる。経過時間Δｔｍが第１所定期間Δｔ１を超えていないとき、ガス温度の測定（ステップＳ１０１の処理）が継続される。一方、経過時間Δｔｍが第１所定期間Δｔ１を超えたとき、制御装置４は、ステップＳ１０３において、第１標準偏差σ１を算出する。第１標準偏差σ１は、測定点１Ｐ〜５Ｐのうちのいずれか１つの測定点で測定されたガス温度と、上記式（１）とに基づいて算出される。

ステップＳ１０４において、制御装置４は、ステップＳ１０３の処理で算出した第１標準偏差σ１が第１偏差閾値σ＿ｔｈ１未満であるか否かを判別する。第１標準偏差σ１が第１偏差閾値σ＿ｔｈ１未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ１０５において、当該測定点に対応する無次元半径位置におけるガス流の強度が低下していることを判別し、操業アクション推奨情報を出力する。一方、第１標準偏差σ１が第１偏差閾値σ＿ｔｈ１以上であるとき、制御装置４は、ステップＳ１０６において、第１標準偏差σ１が第２偏差閾値σ＿ｔｈ２未満であるか否かを判別する。

第１標準偏差σ１が第２偏差閾値σ＿ｔｈ２未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ１０７において、当該測定点に対応する無次元半径位置におけるガス流の強度低下が進行していることを判別し、警告情報を出力する。一方、第１標準偏差σ１が第２偏差閾値σ＿ｔｈ２以上であるとき、制御装置４は、高炉１内におけるガス流の強度が低下していないことを判別し、操業アクション推奨情報や警告情報を出力せずに、図２に示す処理を終了する。本実施形態によれば、第１所定期間Δｔ１が経過するたびに、タイマによって測定された経過時間Δｔｍがリセットされ、図２に示す処理が繰り返される。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態と異なる点について、主に説明する。

本実施形態では、第１実施形態で説明した第１標準偏差σ１の代わりに、第２標準偏差σ２を用いる。第２標準偏差σ２とは、第２所定期間Δｔ２内で算出された複数の第１標準偏差σ１の平均値である。第２所定期間Δｔ２は、第１所定期間Δｔ１よりも長い期間であり、第２所定期間Δｔ２内には、少なくとも２つの第１所定期間Δｔ１が含まれる。例えば、第２所定期間Δｔ２としては、１ヶ月とすることができる。第１実施形態で説明したように、第１所定期間Δｔ１が経過するたびに第１標準偏差σ１を算出し、第２所定期間Δｔ２内で算出された複数の第１標準偏差σ１を平均化することにより、第２標準偏差σ２を算出することができる。

本実施形態では、第２標準偏差σ２と、第１実施形態で説明した第１偏差閾値σ＿ｔｈ１や第２偏差閾値σ＿ｔｈ２とを対比している。具体的には、第２標準偏差σ２が第１偏差閾値σ＿ｔｈ１未満であるとき、制御装置４は、高炉１内におけるガス流の強度が低下していることを判別し、上述した操業アクション推奨情報を出力する。また、第２標準偏差σ２が第１偏差閾値σ＿ｔｈ１以上であり、かつ第２偏差閾値σ＿ｔｈ２未満であるとき、制御装置４は、高炉１内におけるガス流の強度低下が進行していることを判別し、上述した警告情報を出力する。

次に、第２標準偏差σ２に基づいて、高炉１内におけるガス流の強度低下を判別する処理について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理は、図２に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理とそれぞれ同じである。ステップＳ２０３の処理によって第１標準偏差σ１を算出した後、制御装置４は、ステップＳ２０４において、経過時間Δｔｍが第２所定期間Δｔ２を超えたか否かを判別する。経過時間Δｔｍが第２所定期間Δｔ２を超えていないとき、ステップＳ２０１の処理に戻り、ガス温度の測定や第１標準偏差σ１の算出が継続される。一方、経過時間Δｔｍが第２所定期間Δｔ２を超えたとき、制御装置４は、ステップＳ２０５において、第２標準偏差σ２を算出する。

第２所定期間Δｔ２が経過するまでには、複数の第１標準偏差σ１が算出されている。ここで、第１標準偏差σ１が算出されるたびに、第１標準偏差σ１の情報をメモリに記憶しておくことができる。メモリは、制御装置４の内部又は外部に設けることができる。制御装置４は、第２標準偏差σ２として、メモリに記憶された複数の第１標準偏差σ１の平均値を算出する。

ステップＳ２０６において、制御装置４は、ステップＳ２０５の処理で算出した第２標準偏差σ２が第１偏差閾値σ＿ｔｈ１未満であるか否かを判別する。第２標準偏差σ２が第１偏差閾値σ＿ｔｈ１未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ２０７において、当該測定点に対応する無次元半径位置におけるガス流の強度が低下していることを判別し、操業アクション推奨情報を出力する。

一方、第２標準偏差σ２が第１偏差閾値σ＿ｔｈ１以上であるとき、制御装置４は、ステップＳ２０８において、第２標準偏差σ２が第２偏差閾値σ＿ｔｈ２未満であるか否かを判別する。第２標準偏差σ２が第２偏差閾値σ＿ｔｈ２未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ２０９において、当該測定点に対応する無次元半径位置におけるガス流の強度低下が進行していることを判別し、警告情報を出力する。一方、第２標準偏差σ２が第２偏差閾値σ＿ｔｈ２以上であるとき、制御装置４は、高炉１内におけるガス流の強度が低下していないことを判別し、操業アクション推奨情報や警告情報を出力せずに、図３に示す処理を終了する。本実施形態によれば、第２所定期間Δｔ２が経過するたびに、タイマによって測定された経過時間Δｔｍがリセットされ、図３に示す処理が繰り返される。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。第１実施形態では、第１標準偏差σ１に基づいて、高炉１内におけるガス流の強度が低下しているか否かを判別している。一方、本実施形態では、第１標準偏差σ１と、後述する第１平均温度Ｔａｖｅ１とに基づいて、高炉１内におけるガス流の強度が低下しているか否かを判別している。以下、第１実施形態と異なる点について、主に説明する。

第１平均温度Ｔａｖｅ１とは、第１所定期間Δｔ１内において、第１標準偏差σ１を算出するために測定されたガス温度の平均値である。ガス温度を測定するたびに、測定したガス温度の情報をメモリに記憶しておけば、第１平均温度Ｔａｖｅ１を算出することができる。メモリは、制御装置４の内部又は外部に設けることができる。

第１実施形態では、警告情報が１種類であるが、本実施形態では、警告情報を３つのレベル１〜３に分けている。ここでは、レベル３、レベル２及びレベル１の順で、警告レベルが高くなり、警告レベルが高いほど、作業者に対する注意喚起をより徹底するようにしている。この点を考慮して、各レベルにおける警告情報の具体的内容が適宜決められる。なお、警告情報のレベルの数は、３つに限るものではなく、他の数（複数）であってもよい。

第１標準偏差σ１及び第１平均温度Ｔａｖｅ１に基づいて、高炉１内におけるガス流の強度低下を判別する処理について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。図４において、図１で説明した処理と同じ処理については、同一の符号を用いており、詳細な説明は省略することがある。

ステップＳ１０２の処理において、経過時間Δｔｍが第１所定期間Δｔ１を超えたとき、制御装置４は、ステップＳ１０８において、第１標準偏差σ１及び第１平均温度Ｔａｖｅ１を算出する。ステップＳ１０４において、ステップＳ１０８の処理で算出した第１標準偏差σ１が第１偏差閾値σ＿ｔｈ１未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ１０９において、ステップＳ１０８の処理で算出した第１平均温度Ｔａｖｅ１が第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１未満であるか否かを判別する。第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１は、ガス流の強度の向上の必要性を考慮して予め決めておくことができる。炉頂において水分が凝集するおそれを考慮して、炉頂圧における露点を第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１とすることができ、例えば、６０℃とすることができる。

第１平均温度Ｔａｖｅ１が第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ１０５において、当該測定点に対応する無次元半径位置におけるガス流の強度が低下していることを判別し、操業アクション推奨情報を出力する。一方、第１平均温度Ｔａｖｅ１が第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１以上であるとき、制御装置４は、ステップＳ１１０において、第１平均温度Ｔａｖｅ１が第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２未満であるか否かを判別する。第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２は、ガス流の強度低下の警告の必要性を考慮して予め決めておくことができ、例えば、８０℃とすることができる。

第１平均温度Ｔａｖｅ１が第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２以上であるとき、制御装置４は、高炉１内におけるガス流の強度が低下していないことを判別し、図４に示す処理を終了する。一方、第１平均温度Ｔａｖｅ１が第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ１１１において、当該測定点に対応する無次元半径位置におけるガス流の強度低下が進行していることを判別し、警告情報（レベル２）を出力する。

ステップＳ１０４において、第１標準偏差σ１が第１偏差閾値σ＿ｔｈ１以上であるとき、制御装置４は、ステップＳ１０６において、第１標準偏差σ１が第２偏差閾値σ＿ｔｈ２未満であるか否かを判別する。第１標準偏差σ１が第２偏差閾値σ＿ｔｈ２以上であるとき、制御装置４は、高炉１内におけるガス流の強度が低下していないことを判別し、図４に示す処理を終了する。一方、第１標準偏差σ１が第２偏差閾値σ＿ｔｈ２未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ１１２において、ステップＳ１０８の処理で算出した第１平均温度Ｔａｖｅ１が上述した第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１未満であるか否かを判別する。

第１平均温度Ｔａｖｅ１が第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ１１３において、当該測定点に対応する無次元半径位置におけるガス流の強度低下が進行していることを判別し、警告情報（レベル１）を出力する。一方、第１平均温度Ｔａｖｅ１が第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１以上であるとき、制御装置４は、ステップＳ１１４において、第１平均温度Ｔａｖｅ１が上述した第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２未満であるか否かを判別する。

第１平均温度Ｔａｖｅ１が第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２以上であるとき、制御装置４は、高炉１内におけるガス流の強度が低下していないことを判別し、図４に示す処理を終了する。一方、第１平均温度Ｔａｖｅ１が第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ１１５において、当該測定点に対応する無次元半径位置におけるガス流の強度低下が進行していることを判別し、警告情報（レベル３）を出力する。

なお、本実施形態によれば、第１所定期間Δｔ１が経過するたびに、タイマによって測定された経過時間Δｔｍがリセットされ、図４に示す処理が繰り返される。また、警告情報のレベルの数を３つ以外の数（複数）とする場合には、これらの数に応じて、偏差閾値（第１偏差閾値σ＿ｔｈ１や第２偏差閾値σ＿ｔｈ２に相当する）や平均閾値（第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１や第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２に相当する）を設定すればよい。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。第２実施形態では、第２標準偏差σ２に基づいて、高炉１内におけるガス流の強度が低下しているか否かを判別している。一方、本実施形態では、第２標準偏差σ２と、後述する第２平均温度Ｔａｖｅ２とに基づいて、高炉１内におけるガス流の強度が低下しているか否かを判別している。以下、第２実施形態と異なる点について、主に説明する。

第２平均温度Ｔａｖｅ２とは、第２所定期間Δｔ２内において算出された複数の第１平均温度Ｔａｖｅ１の平均値である。第１平均温度Ｔａｖｅ１は、実施形態３で説明したとおりであり、第１所定期間Δｔ１内におけるガス温度の平均値である。なお、第２平均温度Ｔａｖｅ２は、言い換えれば、第２所定期間Δｔ２内において測定されたすべてのガス温度の平均値である。このため、第２平均温度Ｔａｖｅ２を算出するときに、第１平均温度Ｔａｖｅ１を算出しておかなくてもよい。

上述したように第２所定期間Δｔ２は、第１所定期間Δｔ１よりも長いため、第２所定期間Δｔ２内においては、複数の第１平均温度Ｔａｖｅ１が算出される。そこで、これらの第１平均温度Ｔａｖｅ１を平均化することにより、第２平均温度Ｔａｖｅ２が算出される。第１所定期間Δｔ１が経過するたびに、第１平均温度Ｔａｖｅ１を算出してメモリに記憶しておけば、第２平均温度Ｔａｖｅ２を算出することができる。メモリは、制御装置４の内部又は外部に設けることができる。

本実施形態では、第３実施形態と同様に、警告情報を３つのレベル１〜３に分けている。ここでも、レベル３、レベル２及びレベル１の順で、警告レベルが高くなり、警告レベルが高いほど、作業者に対する注意喚起をより徹底するようにしている。

第２標準偏差σ２及び第２平均温度Ｔａｖｅ２に基づいて、高炉１内におけるガス流の強度低下を判別する処理について、図５Ａ及び図５Ｂに示すフローチャートを用いて説明する。図５Ａ及び図５Ｂにおいて、図３で説明した処理と同じ処理については、同一の符号を用いており、詳細な説明を省略することがある。

ステップＳ２０２の処理において、経過時間Δｔｍが第１所定期間Δｔ１を超えたとき、制御装置４は、ステップＳ２１０において、第１標準偏差σ１及び第１平均温度Ｔａｖｅ１を算出する。ステップＳ２０４において、経過時間Δｔｍが第２所定期間Δｔ２を超えたとき、制御装置４は、ステップＳ２１１において、第２標準偏差σ２及び第２平均温度Ｔａｖｅ２を算出する。第２標準偏差σ２及び第２平均温度Ｔａｖｅ２は、ステップＳ２１０の処理で算出された第１標準偏差σ１及び第１平均温度Ｔａｖｅ１に基づいて、それぞれ算出される。

ステップＳ２０６において、第２標準偏差σ２が第１偏差閾値σ＿ｔｈ１未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ２１２において、ステップＳ２１１の処理で算出した第２平均温度Ｔａｖｅ２が第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１未満であるか否かを判別する。第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１は、第３実施形態で説明したとおりである。第２平均温度Ｔａｖｅ２が第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ２０７において、当該測定点に対応する無次元半径位置におけるガス流の強度が低下していることを判別し、操業アクション推奨情報を出力する。

第２平均温度Ｔａｖｅ２が第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１以上であるとき、制御装置４は、ステップＳ２１３において、第２平均温度Ｔａｖｅ２が第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２未満であるか否かを判別する。第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２は、第３実施形態で説明したとおりである。第２平均温度Ｔａｖｅ２が第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２以上であるとき、制御装置４は、高炉１内におけるガス流の強度が低下していないことを判別し、図５Ａ及び図５Ｂに示す処理を終了する。一方、第２平均温度Ｔａｖｅ２が第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ２１４において、当該測定点に対応する無次元半径位置におけるガス流の強度低下が進行していることを判別し、警告情報（レベル２）を出力する。

ステップＳ２０６において、第２標準偏差σ２が第１偏差閾値σ＿ｔｈ１以上であるとき、制御装置４は、ステップＳ２０８において、第２標準偏差σ２が第２偏差閾値σ＿ｔｈ２未満であるか否かを判別する。第２標準偏差σ２が第２偏差閾値σ＿ｔｈ２以上であるとき、制御装置４は、高炉１内におけるガス流の強度が低下していないことを判別し、図５Ａ及び図５Ｂに示す処理を終了する。第２標準偏差σ２が第２偏差閾値σ＿ｔｈ２未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ２１５において、ステップＳ２１１の処理で算出した第２平均温度Ｔａｖｅ２が第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１未満であるか否かを判別する。第２平均温度Ｔａｖｅ２が第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ２１６において、当該測定点に対応する無次元半径位置におけるガス流の強度低下が進行していることを判別し、警告情報（レベル１）を出力する。

ステップＳ２１５において、第２平均温度Ｔａｖｅ２が第１平均閾値Ｔ＿ｔｈ１以上であるとき、制御装置４は、ステップＳ２１７において、ステップＳ２１１の処理で算出した第２平均温度Ｔａｖｅ２が第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２未満であるか否かを判別する。第２平均温度Ｔａｖｅ２が第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２以上であるとき、制御装置４は、高炉１内におけるガス流の強度が低下していないことを判別し、図５Ａ及び図５Ｂに示す処理を終了する。一方、第２平均温度Ｔａｖｅ２が第２平均閾値Ｔ＿ｔｈ２未満であるとき、制御装置４は、ステップＳ２１８において、当該測定点に対応する無次元半径位置におけるガス流の強度低下が進行していることを判別し、警告情報（レベル３）を出力する。

なお、本実施形態によれば、第２所定期間Δｔ２が経過するたびに、タイマによって測定された経過時間Δｔｍがリセットされ、図５Ａ及び図５Ｂに示す処理が繰り返される。

なおまた、第３実施形態においては、第１標準偏差σ１及び第１平均温度Ｔａｖｅ１を算出するための第１所定期間Δｔ１を共通の期間としたが、第１標準偏差σ１及び第１平均温度Ｔａｖｅ１を算出するための期間として、異なる長さの期間を設定してそれぞれの値を算出しても良い。同様に、第４実施形態においては、第２標準偏差σ２及び第２平均温度Ｔａｖｅ２を算出するための第２所定期間Δｔ２を共通の期間としたが、第２標準偏差σ２及び第２平均温度Ｔａｖｅ２を算出するための期間として、異なる長さの期間を設定してそれぞれの値を算出しても良い。ただし、第２標準偏差σ２を算出するための期間は、第１標準偏差σ１を算出するための期間よりも長いとともに、第２平均温度Ｔａｖｅ２を算出するための期間は、第１平均温度Ｔａｖｅ１を算出するための期間よりも長い。

２つの高炉１において、ゾンデ２を用いて、１ヶ月にわたって各測定点１Ｐ〜３Ｐのガス温度を測定した。ここで、ゾンデ２によるガス温度のサンプリング周期は１分とした。ガス温度の測定結果に基づいて、第１標準偏差σ１及び第１平均温度Ｔａｖｅ１を算出した。ここで、第１標準偏差σ１及び第１平均温度Ｔａｖｅ１を算出するときの第１所定期間Δｔ１は、８時間とした。

図６及び図７には、２つの高炉１において、第１標準偏差σ１及び第１平均温度Ｔａｖｅ１の関係をそれぞれ示す。図６及び図７によれば、高炉１に応じて、第１標準偏差σ１及び第１平均温度Ｔａｖｅ１の関係が異なることが分かる。

第１実施形態によれば、第１標準偏差σ１に基づいて、高炉１内におけるガス流の強度が低下しているか否かを判別したり、ガス流の強度が低下していると判別したときには、操業アクション推奨情報又は警告情報が出力されたりする。一方、第３実施形態によれば、第１標準偏差σ１及び第１平均温度Ｔａｖｅ１に基づいて、高炉１内におけるガス流の強度が低下しているか否かを判別したり、ガス流の強度が低下していると判別したときには、操業アクション推奨情報又は警告情報（レベル１〜３）が出力されたりする。

図８は、６つの高炉１について、測定点１Ｐにおける第２標準偏差σ２及び第２平均温度Ｔａｖｅ２の関係を示す。図９は、６つの高炉１について、測定点２Ｐにおける第２標準偏差σ２及び第２平均温度Ｔａｖｅ２の関係を示す。図１０は、６つの高炉１について、測定点３Ｐにおける第２標準偏差σ２及び第２平均温度Ｔａｖｅ２の関係を示す。

第２実施形態によれば、第２標準偏差σ２に基づいて、高炉１内におけるガス流の強度が低下しているか否かを判別したり、ガス流の強度が低下していると判別したときには、操業アクション推奨情報又は警告情報が出力されたりする。一方、第４実施形態によれば、第２標準偏差σ２及び第２平均温度Ｔａｖｅ２に基づいて、高炉１内におけるガス流の強度が低下しているか否かを判別したり、ガス流の強度が低下していると判別したときには、操業アクション推奨情報又は警告情報（レベル１〜３）が出力されたりする。

一方、第２所定期間Δｔ２（１ヶ月）内において、６つの高炉１において定期的に日々測定されている出銑比［ｔ／ｍ^３・ｄａｙ］について、出銑比の平均偏差及び中央値をそれぞれ算出するとともに、この平均偏差及び中央値の比率を算出した。また、コークス比［ｋｇ／ｐｉｇ−ｔ］についても同様に、コークス比の平均偏差及び中央値をそれぞれ算出するとともに、この平均偏差及び中央値の比率を算出した。上述した平均偏差及び中央値の比率とは、中央値に対する平均偏差の値［−］であって、言い換えれば、平均偏差を中央値で除算した値［−］である。

図１１は、６つの高炉１において、測定点１Ｐでの第２標準偏差σ２と、出銑比に関する平均偏差及び中央値の比率との関係を示す。図１２は、６つの高炉１において、測定点１Ｐでの第２標準偏差σ２と、コークス比に関する平均偏差及び中央値の比率との関係を示す。

図１１及び図１２によれば、第２標準偏差σ２を１０℃（第２偏差閾値σ＿ｔｈ２）以上とすることにより、出銑比に関する平均偏差及び中央値の比率や、コークス比に関する平均偏差及び中央値の比率を低下できることが示唆されている。この場合には、高炉１を安定して操業することができる。

図１３は、１つの高炉１における、熱負荷［ｋＷ］及び測定点１Ｐでの第１標準偏差σ１の、八日間の推移を示す。ゾンデ２によるガス温度のサンプリング周期は１分とし、第１標準偏差σ１を算出するときの第１所定期間Δｔ１は１時間とした。また、熱負荷は、ステーブクーラーを流れる冷却水の温度変化（抜熱量）から求められる値である。

図１３によれば、測定点１Ｐの第１標準偏差σ１が二日目に２０℃を切り、さらに三日目に１０℃を下回ると、炉下部が不活性となり熱負荷が低下した。その後、ガス流の強度を改善する操業アクションを三日目に実施したところ、測定点１Ｐの第１標準偏差σ１及び熱負荷が次第に通常レベルに回復した。測定点１Ｐの第１標準偏差σ１は、熱負荷よりも早期に低下していることから、熱負荷を監視する場合よりも早期に炉下部の不活性を検知できる可能性が有る。

１：高炉、１ａ：炉壁、２：ゾンデ、３：装入物、４：制御装置

Claims (10)

1. 高炉の操業中に炉頂の所定位置を通過するガスのガス温度をゾンデにより所定周期で繰り返して測定し、
   所定期間内における前記ガス温度の標準偏差が閾値未満であるとき、前記所定位置におけるガス流の強度が低下していることを判別することを特徴とする高炉操業方法。
2. 前記標準偏差が前記閾値未満であり、かつ前記所定期間内における前記ガス温度の平均値が所定値未満であるとき、前記所定位置における前記ガス流の強度が低下していることを判別することを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
3. 前記閾値は、第１閾値よりも高い第２閾値であり、
   前記標準偏差が前記第１閾値未満であるとき、所定の通知手段を用いて、前記ガス流の強度を向上させるための操業アクションを行うことを作業者に推奨し、
   前記標準偏差が前記第１閾値以上であって、前記第２閾値未満であるとき、前記通知手段を用いて、作業者に警告することを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉操業方法。
4. 高炉の操業中に炉頂の所定位置を通過するガスのガス温度をゾンデにより所定周期で繰り返して測定し、
   第１所定期間内における前記ガス温度の標準偏差を算出し、
   前記第１所定期間よりも長い第２所定期間内において算出された複数の前記標準偏差の平均値を算出し、
   前記平均値が閾値未満であるとき、前記所定位置におけるガス流の強度が低下していることを判別することを特徴とする高炉操業方法。
5. 前記平均値が前記閾値未満であり、かつ前記第２所定期間内における前記ガス温度の平均値が所定値未満であるとき、前記所定位置における前記ガス流の強度が低下していることを判別することを特徴とする請求項４に記載の高炉操業方法。
6. 前記閾値は、第１閾値よりも高い第２閾値であり、
   前記標準偏差の前記平均値が前記第１閾値未満であるとき、所定の通知手段を用いて、前記ガス流の強度を向上させるための操業アクションを行うことを作業者に推奨し、
   前記標準偏差の前記平均値が前記第１閾値以上であって、前記第２閾値未満であるとき、前記通知手段を用いて、作業者に警告することを特徴とする請求項４又は５に記載の高炉操業方法。
7. 前記操業アクションは、前記高炉に装入される装入物の水分量を低減させること、前記高炉に装入する前に行われる前記装入物のふるい分けを強化し粉量を低減すること、及び前記装入物であるコークス及び鉱石の質量比率の、高炉の径方向における分布を調整することのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項３又は６に記載の高炉操業方法。
8. 前記高炉の径方向において、炉壁を０．０とし、炉中心を１．０とする無次元半径に関して、前記所定位置は、前記無次元半径が０．０〜０．５となる範囲内に含まれることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の高炉操業方法。
9. 前記閾値が１０℃であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の高炉操業方法。
10. 前記第１閾値が５℃であり、前記第２閾値が１０℃であることを特徴とする請求項３又は６に記載の高炉操業方法。